matlabsimulink中代数环问题的讲解及解决方法1-解决代数环方法.doc

matlabsimulink中代数环问题的讲解及解决方法1-解决代数环方法.doc 本帖最后由 小小2008鸟 于 2012-11-30 11:26 编辑 什么是代数环？发生在两个或多个模块在输入端口具有信号直接传递而形成反馈的情况时，直接传递的模块在不知输入端口的值的情况下无法计算出输出端的值，也就是现在时刻的输出是依赖现在时刻的输入值来计算的。当这种情况出现时simulink会在每一次迭代言算完成时，去决定它是否会有解。代数回路会减缓方真执行的速度并可能会没有解。     当方程两边都出现同一个变量时，即产生了代数环。如：3y 4=y 当Simulink中存在非模型延迟时，通常会产生代数环。比如，传感器将输出信号反馈到输入端。解决代数环      连续模型，在构成代数环的反馈环节加入memory模块;      离散模型就加入单位延迟1/Z,不过加入memory后仿真会慢些，但用了加速后，这个牺牲还是值得的。另还有拆解法等，具体见下面第9行论文内容。Simulink提供了一些专门手段来拆解代数环，例如代数约束模块，积分模块的状态输出端等。这些手段可以解决一些特定的代数环问题。下面举一个利用积分模块的状态输出端的例子。    从积分模块的输人端口到输出端口是非直通的，但从积分模块的初始值输人端口到输出端口，以及从复位输人端口到输出端口却都是直通的。因此，如果从积分模块的输出端口引出的信号再经过一些直通模块后又反馈到积分模块的初始值输人端口或者复位输人端口，则构成一个代数环。    为了解决这个问题，Simulink专门为积分模块设计了一个状态端口，其输出与输出端口完全相同，仅在内部计算的时序上有细微区别，而无论是从积分模块的初始值输人端口还是从复位输人端口到状态端口都是非直通的。因此，当出现上述的代数环问题时，可 以从积分模块的状态端口引出信号。这样，代数环就被拆解了 在MATLAB的Simulink环境中，代数环问题是一个常见的挑战，它出现在多个模块之间存在直接的信号反馈，导致计算的循环依赖。当模块的输出依赖于当前的输入，而输入又依赖于输出时，就会形成代数环。例如，一个简单的代数环情况是3y+4=y，这种情况下，输出y的计算需要知道它自身的值，这就形成了一个无解的循环。 在Simulink中，代数环可能导致仿真速度减慢甚至无解。例如，当存在非模型延迟，如传感器将输出反馈至输入时，就容易产生代数环。解决代数环的方法多种多样，包括使用Memory模块（对于连续模型）和单位延迟模块1/Z（对于离散模型）。尽管加入Memory模块可能会使仿真变慢，但在开启加速功能后，这种牺牲是可以接受的。 Simulink提供了专门的工具来处理代数环问题，如代数约束模块和积分模块（包括离散积分模块）的状态输出端。例如，积分模块的输入端到输出端不是直通的，但初始值输入端和复位输入端到输出端是直通的。若信号从输出端反馈到这些输入端，就会形成代数环。为了解决这个问题，Simulink设计了状态端口，其输出与输出端口相同，但在计算时序上有微小差异，且状态端口与初始值输入端和复位输入端都不直通。因此，通过使用状态端口引出信号，可以有效地拆解代数环。 代数环的基本概念是输出的一部分反馈到输入，同时输入也直接影响输出，形成一个闭环，导致仿真计算时的死锁。解决代数环的方法通常涉及模型的重新配置或数学变换，以消除直接馈通。在搭建模型时，应尽可能避免形成代数环，因为它们可能导致仿真结果的不准确。Simulink采用牛顿法尝试解决代数环，但这种方法并不总是收敛。因此，最佳实践是在建模阶段就解决代数环，而不是依赖Simulink的自动处理机制，以确保仿真结果的正确性。